CN108806806A - 设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，包括：筒体，内设有容纳空间；单元组合式网状镂空板壳，设置在筒体下部的外表面上并连接为一体，包括阵列密集布置在筒体的外表面上的多个网状镂空板单元，其中，多个网状镂空板单元包括多层带穿透空隙的板层，多个网状镂空板单元中的阵列实体相互连接成网状，以形成网状镂空的板壳结构。该容器通过在外表面设置的单元组合式网状镂空板壳，能够显著增加严重事故下核反应堆压力容器外的沸腾换热面积并形成大量的汽化核心，有效降低压力容器的壁面过热度，显著提高润湿性，显著强化沸腾换热和提高CHF，进而显著提高压力容器的安全性和可靠性，简单易实现。
Description
技术领域
本发明涉及换热技术领域，特别涉及一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器。
背景技术
大型核电站核反应堆在发生严重事故时可能导致堆芯熔化，熔融物在重力作用下落入压力容器下封头内。将熔融物冷却和持留在核反应堆压力容器内是缓解事故进程的关键措施。通过向反应堆腔室充水，使压力容器的下部浸没，在压力容器的外表面进行池内沸腾冷却，是缓解严重事故的一项重要措施。利用压力容器外侧水的沸腾换热和非能动自然循环流动，将压力容器下封头内熔融物的衰变热带走，从而保持压力容器的完整性，避免和延缓后续后果更为严重的事故进程的发生以及核泄漏造成的大量放射性物质向环境的释放。
由于核电站大型化和安全性的更高要求，在严重事故下，现有核反应堆压力容器外部沸腾换热冷却的换热性能，特别是非能动冷却的沸腾换热临界热流密度，还有待于进一步提高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，可有效降低严重事故条件下核反应堆压力容器的外壁面沸腾冷却的过热度，显著提高壁面润湿性，显著提高核反应堆压力容器的外壁面沸腾换热的临界热流密度(CriticalHeat Flux，简称CHF)，从而显著提高核反应堆压力容器的安全性和可靠性，且简单易实现。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，包括：筒体，所述筒体内设有容纳空间；单元组合式网状镂空板壳，所述单元组合式网状镂空板壳设置在所述筒体下部的外表面上并连接为一体，并且所述单元组合式网状镂空板壳包括阵列密集布置在所述筒体的外表面上的多个网状镂空板单元，其中，所述网状镂空板单元包括多层带穿透空隙的板层，所述网状镂空板单元中的阵列实体相互连接成网状，以形成网状镂空的板壳结构。
本发明实施例的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，通过在外表面设置的单元组合式网状镂空板壳，能够显著增加严重事故下的核反应堆压力容器外表面沸腾冷却的换热面积并形成大量的汽化核心，有效降低压力容器的壁面过热度；同时，单元组合式网状镂空板壳利用毛细力吸入冷却水，不断润湿沸腾换热表面，显著提高润湿性，而且单元组合式网状镂空板壳还利用沸腾换热过程中产生的蒸汽形成阵列喷射，从而大大延迟沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热和提高沸腾换热临界热流密度，进而显著提高压力容器的安全性和可靠性，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的实施例中，所述网状镂空板单元的厚度为1-10mm。
进一步地，在本发明的实施例中，所述网状镂空板单元为网状镂空板三角形单元、网状镂空板四边形单元、网状镂空板五边形单元、网状镂空板六边形单元中的一种或多种。
进一步地，在本发明的实施例中，所述多层带穿透空隙的板层包括：内层，所述内层的内表面与所述筒体下部的外表面相连接，所述内层包括阵列网状连接的内层实体和所述内层实体之间的内层空隙；外层，所述外层包括阵列网状连接的外层实体和所述外层实体之间的外层空隙；其中，所述内层空隙和所述外层空隙均为穿透性，所述内层空隙与所述外层空隙相连通。
进一步地，在本发明的实施例中，其中，所述内层通过平行阵列间隔布置多个所述内层实体和所述内层空隙；所述外层通过平行阵列间隔布置多个所述外层实体和所述外层空隙；所述内层的外侧面与所述外层的内侧面连接为一体。
进一步地，在本发明的实施例中，所述内层的带穿透空隙板层的空隙率至少为30％，所述外层的带穿透空隙板层的空隙率至少为40％。
进一步地，在本发明的实施例中，所述多层带穿透空隙的板层还包括：中间层，所述中间层的内侧面和所述内层的外侧面连接为一体，所述中间层的外侧面和所述外层的内侧面连接为一体，所述中间层包括阵列网状连接的中间层实体和所述中间层实体之间的中间层空隙；其中，所述内层的内层空隙、所述中间层空隙和所述外层空隙连通且穿透所述网状镂空单元。
进一步地，在本发明的实施例中，所述筒体包括：下部散热半球壳体；下部散热圆筒壳体；上部壳体。
进一步地，在本发明的实施例中，所述单元组合式网状镂空板壳设置在所述下部散热半球壳体和所述下部散热圆筒壳体的外表面上并连接为一体。
进一步地，在本发明的实施例中，还包括：多微条形凹槽表面结构，所述多微条形凹槽表面结构上设置有多个微条形凹槽，所述多微条形凹槽表面结构设置在所述网状镂空板单元和所述筒体连接的连接面处；或者多微凹坑表面结构，所述多微凹坑表面结构上设置有多个微凹坑，所述多微凹坑表面结构设置在所述网状镂空板单元和所述筒体连接的连接面处；或者多微凸凹起表面结构，所述多微凸凹起表面结构上设置有多个微凸凹起，所述多微凸凹起表面结构设置在所述网状镂空板单元的外侧面处；或者多孔涂层，所述多孔涂层设置在所述网状镂空板单元的外侧面处。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器的工作原理示意图；
图3为本发明第一实施例的下部半球壳体的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的三维局部剖切结构示意图；
图4为本发明第一实施例的三角形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图5为本发明第一实施例的四边形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图6为本发明第一实施例的网状镂空五边形板壳单元的三维结构示意图；
图7为本发明第一实施例的网状镂空六边形板壳单元的三维结构示意图；
图8为本发明第一实施例的单元组合式网状镂空板壳的剖切面示意图；
图9为本发明第一实施例的图8中A向剖切面示意图；
图10为本发明第一实施例的图8中B向剖切面示意图；
图11为本发明第一实施例的图9中C向剖切面示意图；
图12为本发明第二实施例的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器的三维局部剖切结构示意图；
图13为本发明第二实施例的三角形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图14为本发明第三实施例的四边形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图15为本发明第三实施例的单元组合式网状镂空板壳的剖切面示意图；
图16为本发明第三实施例的图15中A向剖切面示意图；
图17为本发明第三实施例的图15中B向剖切面示意图；
图18为本发明第三实施例的图16中C向剖切面示意图；
图19为本发明第四实施例的三角形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图20为本发明第五实施例的三角形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图21为本发明第六实施例的三角形单元组合式网状镂空板壳单元的三维结构示意图；
图22为本发明第七实施例的核反应堆压力容器的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的内层内设置多微条形凹槽结构示意图；
图23为本发明第八实施例的核反应堆压力容器的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的内层内表面设置多微凹坑结构示意图；
图24为本发明第九实施例的核反应堆压力容器的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的外层外表面设置多微凸凹表面结构示意图；
图25为本发明第十实施例的核反应堆压力容器的外表面布置单元组合式网状镂空板壳的外表面设置多孔涂层结构示意图。
附图标记说明：
设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10、筒体100、下部散热增强半球壳体110、下部散热增强圆筒壳体120、上部壳体130、单元组合式网状镂空板壳200、多个网状镂空板单元201、网状镂空板三角形单元202、网状镂空板四边形单元203、网状镂空板五边形单元204、网状镂空板六边形单元205、内层210、内层空隙211、内层实体212、外层220、外层空隙221、外层实体222、中间层230、中间层空隙231、中间层实体232、微表面结构240、多微条形凹槽表面结构241、多微凹坑表面结构242、多微凸凹起表面结构243、多孔涂层250、熔融物300、堆腔400和沸腾汽泡500、网状镂空板单元的厚度H、内层阵列实体与空隙的节距P1、内层空隙的宽度W1、内层厚度H1、外层阵列实体与空隙的节距P2、外层空隙的宽度W2、外层厚度H2和中间层厚度H3。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器。
图1是本发明实施例的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器的结构示意图。如图1所示，该设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10包括：筒体100和单元组合式网状镂空板壳200。其中，筒体100内设有容纳空间。单元组合式网状镂空板壳200设置在筒体100下部的外表面上并连接为一体，并且单元组合式网状镂空板壳200 包括阵列密集布置在筒体100的外表面上的多个网状镂空板单元201，其中，多个网状镂空板单元201包括多层带穿透空隙的板层，多个网状镂空板单元201中的阵列实体相互连接成网状，以形成网状镂空的板壳结构。本发明实施例的容器10通过在核反应堆压力容器外表面设置的单元组合式网状镂空板壳，能够显著增加严重事故下核反应堆压力容器外表面的沸腾冷却的换热面积并形成大量的汽化核心，有效降低压力容器的壁面过热度，显著提高壁面润湿性，显著强化沸腾换热和提高CHF，进而显著提高核反应堆压力容器的安全性和可靠性，简单易实现。
可以理解的是，在核反应堆压力容器10下部的壳体的外表面阵列密集布置并连接为一体的网状镂空板单元201的主要目的，是强化在严重事故下核反应堆压力容器10下部的沸腾换热，提高其CHF。本发明实施例在核反应堆压力容器10下部的壳体的外表面阵列密集布置网状镂空板单元201，可以显著提高沸腾换热临界热流密度，相对于光滑表面可以提高CHF大约2倍，一般可以提高1-3倍甚至更高，从而可以显著提高核反应堆的安全性。
具体而言，本发明实施例的容器包括筒体100和单元组合式网状镂空板壳200，筒体 100内限定出容纳空间，单元组合式网状镂空板壳200设置在筒体100下部的外表面上并连接为一体，包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201包括至少两层带穿透空隙的板层，即内层210和外层220，内层210的空隙与外层220的空隙相连通，且内层空隙211中的一部分空隙被非内层的实体遮挡，以及网状镂空板单元201中阵列实体相互连接为网状，从而形成“网状镂空”的板状结构，核反应堆压力容器10在设置单元组合式网状镂空板壳200的区域的外表面面积相对于核反应堆压力容器为光滑外表面的面积增加一倍以上，从而能够显著强化严重事故下核反应堆压力容器外表面的沸腾换热和提高沸腾换热临界热流密度，进而显著提高核反应堆压力容器的安全可靠性。
需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：
如图2所示，在严重事故下，核反应堆压力容器外的沸腾换热冷却性能，是影响压力容器安全性的重要性能之一。当反应堆发生严重事故时堆芯发生融化，堆芯熔融物300落入核反应堆压力容器10内下部，此时依靠重力等非能动方式向反应堆堆腔400内注入冷却水使得核反应堆压力容器10淹没，从而对核反应堆压力容器10的外壁面进行池内沸腾换热冷却。通过保证承接堆芯熔融物300的核反应堆压力容器下部外壁面的热流通量没有超过沸腾换热临界热流密度，核反应堆压力容器10外壁面通过核态沸腾换热的方式得到充分的冷却，进而可以保证核反应堆压力容器10的完整性，阻止核燃料等的泄漏，保证核电站的安全。发明人经反复研究发现，在核反应堆压力容器10外壁面设置单元组合式网状镂空板壳200，可以显著提高外表面的CHF，从而显著提高核电站安全性。
进一步地，在本发明的实施例中，如图1所示，筒体100包括：下部散热半球壳体110、下部散热圆筒壳体120和上部壳体130。
进一步地，在本发明的实施例中，单元组合式网状镂空板壳200设置在下部散热半球壳体110和下部散热圆筒壳体120的外表面上并连接为一体。
可以理解的是，如图1和图3所示，本发明实施例的核反应堆压力容器10包括：筒体100和单元组合式网状镂空板壳200，其中，筒体100内限定出容纳空间，筒体100包括下部散热增强半球壳体110、下部散热增强圆筒壳体120和上部壳体130；单元组合式网状镂空板壳200设置在筒体100下部的下部散热增强半球壳体110和下部散热增强圆筒壳体120 的外表面上，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，阵列密集布置在筒体100下部的下部散热增强半球壳体110和下部散热增强圆筒壳体120的外表面上。
具体而言，如图1所示，沿筒体100的轴向方向，筒体100自上而下限定出上部壳体130、下部散热增强圆筒壳体120和下部散热增强半球壳体110，其中，单元组合式网状镂空板壳200布置在下部散热增强圆筒壳体120和下部散热增强半球壳体110的外表面。严重事故时可能导致堆芯熔化，熔融物300在重力作用下落入压力容器10的容器内的底部，根据本发明的实施例，将在核反应堆压力容器10的筒体100的下部设置单元组合式网状镂空板壳200的高度，为不低于熔融物300在压力容器10内的液面高度，熔融物300的热量通过散热增强区域的外表面进行传递，下部散热增强圆筒壳体120和下部散热增强半球壳体110外表面上设置的单元组合式网状镂空板壳200可以显著增强沸腾换热，并提高其非能动冷却的能力从而提高核电站的安全性。由此，如图1所示，核反应堆压力容器10的筒体100的下部设置单元组合式网状镂空板壳200的散热增强区域，可以为至少包括筒体底部的下部散热增强半球壳体110，优选地，可以至少包括筒体底部的下部散热增强半球壳体110和下部散热增强圆筒壳体120。由此，熔融物在重力作用下落入压力容器的下部封头内，在该下部散热增强区外表面设置单元组合式网状镂空板壳，可以显著提高核反应堆压力容器在严重事故下外部冷却的换热性能，从而可以显著提高核反应堆压力容器的安全性。
进一步地，在本发明的实施例中，网状镂空板单元201为网状镂空板三角形单元202、网状镂空板四边形单元203、网状镂空板五边形单元204、网状镂空板六边形单元205中的一种或多种。
可以理解的是，如图4和图5所示，网状镂空板单元201可以为，阵列密集布置在下部散热增强半球壳体110外表面的多个网状镂空板三角形单元202，和阵列密集布置在下部散热增强圆筒壳体120外表面的多个网状镂空板四边形单元203，在此不做具体限定。
具体而言，如图1、图3和图4所示，设置在筒体100的下部散热增强半球壳体110 的多个网状镂空板单元201的网状镂空板三角形单元202，为了贴合紧密理论上是球面板壳，可以按半球壳体的曲率制作成球面板壳的网状镂空板三角形单元202，然后与筒体100 的下部散热增强半球壳体110组装(如焊接)为一体，但由于网状镂空板三角形单元202 为“网状镂空板”结构，具有良好的弹性和柔性，还可以将网状镂空板三角形单元202制作为平板形，然后在组装(如焊接)过程中使其良好贴合并连接为一体；同理，设置在筒体 100的下部散热增强圆筒壳体120的多个网状镂空板单元201的多个网状镂空板四边形单元203，为了贴合良好理论上是圆柱面板壳，也可以按圆筒壳体的曲率制作成圆柱面板壳的多个网状镂空板四边形单元203，然后与筒体100的下部散热增强圆筒壳体120组装(如焊接)为一体，但由于多个网状镂空板四边形单元203为“网状镂空板”结构，具有良好的弹性和柔性，还可以将多个网状镂空板四边形单元203制作为平板形，然后在组装(如焊接)过程中使其良好贴合并连接为一体。因此，为了制造和组装简便，本实施例的网状镂空板单元201为平板形，也即是网状镂空板三角形单元202和网状镂空板四边形单元203 先按平板形结构制造，然后在组装过程中利用网状镂空板单元201的良好弹性和柔性使得网状镂空板单元201与筒体100的下部相应位置紧密贴合。按平板形结构制造的网状镂空板三角形单元202和网状镂空板四边形单元203零件，在分别与下部散热增强半球壳体110 和下部散热增强圆筒壳体120组装时，相邻网状镂空板单元201之间必定不会紧密接触配合，相邻网状镂空板单元201之间存在不等的间隙，但这对其换热性能和可靠性等方面几乎没有影响，因此，网状镂空板单元201零件先按平板形结构制造然后进行组装，是简便可行的方案。但不排除预先按相应筒体100的外部轮廓(球状和柱状)进行网状镂空板单元201零件制造，但制造过程相对复杂一些，以及半球面上的组装也比较麻烦。
如图6和图7所示，本发明实施例设置在下部散热增强半球壳体110上的网状镂空板单元201为三角形的网状镂空板三角形单元202，也可以为类似于足球面布置的五边形的网状镂空板五边形单元204和六边形的网状镂空板六边形单元205，为了实施例简单明了，未给出在下部散热增强半球壳体110上布置网状镂空板五边形单元204和网状镂空板六边形单元205的实施图示例。本实施例设置在下部散热增强圆筒壳体120上的网状镂空板单元201为四边形的网状镂空板四边形单元203，也可以为网状镂空板三角形单元202和/或六边形的网状镂空板六边形单元205。为了实施例简单明了，未给出在下部散热增强圆筒壳体120上布置网状镂空板三角形单元202和/或网状镂空板六边形单元205的实施图示例。本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。
进一步地，在本发明的实施例中，多层带穿透空隙的板层包括：内层210和外层220。
其中，内层210的内表面与筒体100下部的外表面相连接，内层210包括阵列网状连接的内层实体212和内层实体之间的内层空隙211；外层包括阵列网状连接的外层实体222和外层实体之间的外层空隙221；其中，内层空隙211和外层空隙221均为穿透性，内层空隙211与外层空隙221相连通。
可以理解的是，网状镂空板单元201包括至少两层，即内层210和外层220，内层210包括阵列网状连接的内层实体212和内层实体之间的内层空隙211，外层包括阵列网状连接的外层实体222和外层实体之间的外层空隙221，且内层210的内层空隙211和外层220 的外层空隙221均为穿透性的，以及内层空隙211与外层空隙221相连通，而且内层空隙 211的一部分空隙被非内层的实体遮挡，从而形成“网状镂空”的板壳状结构。
具体而言，如图4、图5、图8-11所示，网状镂空板单元201包括两层带穿透空隙的板层，即内层210和外层220，内层210的内侧表面与在筒体100下部的外表面相连接。本实施例的内层210的外侧面和外层220的内侧面连接为一体，其中内层210包括穿透性的内层空隙211和内层实体212，外层220包括穿透性的外层空隙221和外层实体222，且内层210的穿透性的内层空隙211和外层220的穿透性的外层空隙221相连通。当发生严重事故时，核反应堆压力容器10的外表面浸没在冷却水中，冷却水通过网状镂空板单元中连通的空隙进入核反应堆压力容器10的外表面，由于核反应堆压力容器10的高温熔融物使得核反应堆压力容器10外表面的冷却水和网状镂空板单元201的空隙中的水被加热至沸腾而产生蒸汽，产生的蒸汽带走核反应堆内裂变热，只要核反应堆压力容器10外表面和网状镂空板单元201内的热流密度不达到沸腾换热临界热流密度，核反应堆压力容器10就可以保持完整性，从而可以避免核反应堆压力容器10被高温熔融物熔穿等更为严重事故发生。
进一步地，在本发明的实施例中，其中，内层通过平行阵列间隔布置多个内层实体和内层空隙；外层通过平行阵列间隔布置多个外层实体和外层空隙；内层的外侧面与外层的内侧面连接为一体。
可以理解的是，网状镂空板单元201包括的内层210和外层220，其内层210为平行阵列间隔布置的多个条形的内层空隙211和条形的内层实体212，其外层220为平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222，且内层210的平行阵列方向与外层220平行阵列的方向交叉90度，内层210的外侧面与外层220的内侧面连接为一体。内层210的内层空隙211与外层220的外层空隙221不仅相连通，而且内层带穿透空隙板层的空隙的一部分被非内层(本发明实施例为外层)的实体遮挡，同时网状的实体还相互连接。具体地，内层210的内层空隙211的一部分空隙被外层220的外层实体222遮挡，此结构称其为“镂空”；而且由于网状镂空板单元201的内层210中的内层实体212和外层 220中的外层实体222连接为网状，因此该结构称其为“网状镂空”。该“网状镂空”结构的板壳，不仅可以显著增加沸腾换热面积，提高网状镂空板的润湿性和产生沸腾换热汽化核心，而且还可利用沸腾换热过程中产生的蒸汽形成阵列喷射和剧烈的汽泡脱离等，从而可以显著强化沸腾换热，特别是可以显著提高沸腾换热的CHF。
另外，网状镂空板单元201与核反应堆压力容器10下部筒体外表面的连接，可以为焊接连接，包括钎焊、电阻焊、超声焊接等方法连接，也可以为3D打印连接，还可以为粘接，本领域技术人员可以根据实际情况选择，在此不做具体限定。为了保证网状镂空板单元201与核反应堆压力容器10外表面的连接的长期可靠性和减少接触热阻提高换热性能，其连接十分重要，建议采用钎焊连接或者3D打印连接。本实施例一是采用钎焊连接。网状镂空板单元201的材料，可以采用金属材料，如有色金属(铝及铝合金、铜及铜合金、银及合金等)、低合金钢和不锈钢(SA508-3等)，也可以采用复合材料(石墨基复合材料等)，还可以采用改性工程塑料类等。本发明实施例采用铝及铝合金。
进一步地，在本发明的实施例中，网状镂空板单元201的厚度为1-10mm。
进一步地，在本发明的实施例中，内层210的带穿透空隙板层的空隙率至少为30％，外层220的带穿透空隙板层的空隙率至少为40％。
具体而言，如图9-11所示，由于本实施例的网状镂空板单元201的材料的导热性能良好，则连接在核反应堆压力容器10外表面上的网状镂空板，其功能之一类似于在核反应堆压力容器10外表面上设置一种特殊的翅片，因此其网状镂空板单元201的表面积对增强换热也十分重要。内层210的结构参数为P1＝4mm、W1＝2mm、H1＝2mm，内层210的带穿透空隙板层的空隙率为50％，一般内层空隙率不低于30％；外层220的结构参数为P2＝4mm、 W2＝3mm、H2＝2mm，外层220的带穿透空隙板层的空隙率为75％，一般外层空隙率不低于40％；网状镂空板单元的厚度为4mm，一般地网状镂空板单元的厚度为1-10mm。本发明实施例采用高空隙率结构的网状镂空板单元，有利于提高严重事故下的核反应堆压力容器10下部设置网状镂空板单元的区域与冷却水接触的表面积增加率(相对于核反应堆压力容器10外表面为光滑表面的表面积增加率)，本发明实施例的面积增加率为大约2.5倍。一般地，本发明实施例的一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，与核反应堆压力容器10外表面为光滑表面相比，沸腾换热面积增加一倍以上。
上述为本发明第一实施例的详细说明，下面将分别对不同的实施例进行详细阐述。
在本发明的第二实施中，本发明实施例的容器10包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201如图12-13所示。
本发明第一实施例的内层210的平行阵列间隔布置的多个条形的内层空隙211和条形的内层实体212，与其外层220的平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222，成90度交叉；而本发明第二实施例的内层210的平行阵列间隔布置的多个条形的内层空隙211和条形的内层实体212，与其外层220的平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222，成60度交叉。一般地，内层210的平行阵列间隔布置的多个条形的内层空隙211和条形的内层实体212，与其外层220的平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222交叉时，内层平行阵列间隔布置条形实体与外层平行阵列间隔布置条形实体的交叉角不小于30度，以免阵列布置的空隙过于狭小而影响沸腾换热性能。本发明第二实施例与本发明第一实施例在性能上差异很小，结构上的差异也很小。
进一步地，在本发明的实施例中，多层带穿透空隙的板层还包括：中间层230。其中，中间层230的内侧面和内层210的外侧面连接为一体，中间层230的外侧面和外层220的内侧面连接为一体，中间层包括阵列网状连接的中间层实体232和中间层实体之间的中间层空隙231；其中，内层的内层空隙211、中间层空隙221和外层空隙231连通且穿透多个网状镂空单元201。
具体而言，在本发明的第三实施例中，本发明实施例的容器10包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201如图14-18所示。
本发明第三实施例中的核反应堆压力容器10与本发明第一实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第一实施例的网状镂空板单元201包括两层带穿透空隙的板层，即内层210和外层220，内层210的内侧表面与在筒体100下部的外表面相连接，内层210的外侧面与外层220的内侧面连接为一体，内层210的内层空隙211与外层220的外层空隙221连通且穿透网状镂空板单元201；本发明第三实施例网状镂空板单元201包括三层带穿透空隙的板层，即内层210、中间层230和外层220，内层210的内侧表面与在筒体100下部的外表面相连接，内层210 的外侧面与中间层230的内侧面连接为一体，中间层230的外侧面与外层220的内侧面连接为一体，内层210的内层空隙211和中间层230的中间层空隙231以及外层220的外层空隙221连通且穿透网状镂空板单元201。即本发明第三实施例与本发明第一实施例的结构上的主要差异是，本发明第一实施例为两层结构，网状镂空板单元201包括内层210和外层220，而本发明第三实施例为三层结构，网状镂空板单元201包括内层210、中间层 230和外层220。
如图15-18所示，本发明第三实施例的主要结构参数为：内层210的结构参数为P1＝4mm、 W1＝2mm、H1＝2mm，内层210的带穿透空隙板层的空隙率为50％，一般内层的空隙率不低于30％；中间层230的结构为阵列布置的短柱体和阵列布置短柱体之间的空隙，柱体的高度为H3＝2mm；外层220的结构参数为P2＝4mm、W2＝3mm、H2＝2mm，外层220的带穿透空隙板层的空隙率为75％，一般外层空隙率不低于40％；网状镂空板单元的厚度为6mm，一般地网状镂空板单元的厚度为1-10mm。本发明实施例采用高空隙率结构的网状镂空板单元，从而有利于提高严重事故下的核反应堆压力容器10与冷却水接触的表面积增加率(相对于核反应堆压力容器10外表面为光滑表面的表面积增加率)，本发明第一实施例的面积增加率为大约3倍。一般地，本发明实施例的一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10与核反应堆压力容器10外表面为光滑表面相比，沸腾换热面积增加一倍以上。
本发明第三实施例与本发明第一实施例在性能上差别较小，结构上的差异也不大，相对而言，本发明第一实施例的网状镂空板单元201的结构更为简单可靠。
进一步地，在本发明的第四实施例中，本发明实施例的容器10包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201如图19所示。
本发明第四实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第一实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第一实施例的网状镂空板单元201包括两层带穿透空隙的板层，即内层210和外层220，内层210 的内侧表面与在筒体100下部的外表面相连接，内层210的外侧面与外层220的内侧面连接为一体，内层210的内层空隙211与外层220的外层空隙221连通且穿透网状镂空板单元201；而本发明第四实施例网状镂空板单元201包括三层带穿透空隙的板层，即内层210、中间层230和外层220，内层210的内侧表面与在筒体100下部的外表面相连接，内层210 的外侧面与中间层230的内侧面连接为一体，中间层230的外侧面与外层220的内侧面连接为一体，内层210的内层空隙211和中间层230的中间层空隙231以及外层220的外层空隙221连通且穿透网状镂空板单元201。即本发明第四实施例与本发明第一实施例的结构上的主要差异是，本发明第一实施例为两层结构，网状镂空板单元201包括内层210和外层220，而本发明第四实施例为三层结构，网状镂空板单元201包括内层210、中间层 230和外层220。
如图19所示，本发明第四实施例的网状镂空板单元201的主要结构参数为：内层210 的结构参数为P1＝4mm、W1＝2mm、H1＝2mm，内层210的带穿透空隙板层的空隙率为50％，一般内层的空隙率不低于30％；中间层230的结构参数为P3＝4mm、W3＝3mm、H3＝2mm，中间层230为纵横阵列条形实体90度交叉和交叉条形实体之间的纵横阵列空隙或者孔隙；外层220的结构参数为P2＝4mm、W2＝3mm、H2＝2mm，外层220的带穿透空隙板层的空隙率为75％，一般外层空隙率不低于40％；网状镂空板单元的厚度为6mm，一般地网状镂空板单元的厚度为1-10mm。本发明实施例采用高空隙率结构的网状镂空板单元，有利于提高严重事故下的核反应堆压力容器10与冷却水接触的表面积增加率，本实施例四的面积增加率为大约3倍。一般地，本发明的一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，与核反应堆压力容器10外表面为光滑表面相比，沸腾换热面积增加达一倍以上。
本发明第四实施例与本发明第一实施例在性能上差别较小，只是结构上存在微小差异，相对而言，本发明第一实施例的网状镂空板单元201更易于制造。
进一步地，在本发明的第五实施例中，本发明第五实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201如图20所示。
本发明第五实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第四实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第四实施例的网状镂空板单元201的外层220为平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222，而本发明第五实施例的网状镂空板单元201的外层220为纵横阵列布置的短柱体和短柱体之间的纵横交叉的空隙。
本发明第五实施例与本发明第四实施例在性能上差别较小，只是结构上存在微小差异。
进一步地，在本发明的第六个实施例中，本发明第六实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201如图21所示。
本发明第六实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第二实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第二实施例的网状镂空板单元201的外层220为平行阵列间隔布置的多个条形的外层空隙221和条形的外层实体222，而本发明第六实施例的网状镂空板单元201的外层220为纵横阵列布置的短柱体和短柱体之间纵横交叉的空隙。
本发明第六实施例与本发明第二实施例，如果结构参数相同则在性能上差别不大，结构上存在微小差异，但相对而言，本发明第二实施例的结构和性能更为可靠。
进一步地，在本发明的实施例中，本发明实施例的容器10还包括：微表面结构240或多孔涂层250，其中微表面结构240包括多微条形凹槽表面结构241或多微凹坑表面结构242或多微凸凹起表面结构243。
其中，多微条形凹槽表面结构241上设置有多个微条形凹槽，多微条形凹槽表面结构 241设置在多个网状镂空板单元201和筒体100连接的连接面处。或者多微凹坑表面结构242上设置有多个微凹坑，多微凹坑表面结构242设置在多个网状镂空板单元201和筒体100连接的连接面处。或者多微凸凹起表面结构243上设置有多个微凸凹起，多微凸凹起表面结构243设置在多个网状镂空板单元201的外侧面处。或者多孔涂层250设置在多个网状镂空板单元的外侧面处。
具体而言，在本发明的第七实施例中，本发明第七实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201的剖截面结构示意图如图22所示。
本发明第七实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第一实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第七实施例的网状镂空板单元201在与筒体100连接的连接面处设置有多微条形凹槽表面结构241的微表面结构240，从而有利于网状镂空板单元201与筒体100的连接。
在本发明的第八实施例中，本发明第八实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201的剖截面结构示意图如图23所示。
本发明第八实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第一实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第八实施例的网状镂空板单元201在与筒体100连接的连接面处设置有多微凹坑表面结构242的微表面结构240，使得网状镂空板单元201与筒体100的连接更为可靠。
进一步地，在本发明的第九实施例中，本发明第九实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201的剖截面结构示意图如图24所示。
本发明第九实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第一实施例中核反应堆压力容器 10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第九实施例的网状镂空板单元201在外侧面处设置有多微凸凹起表面结构243的微表面结构240，以进一步强化换热。本发明第九实施例与本发明第一实施例，如果结构参数相同则在性能上差别不大，只是本发明第九实施例的换热性能略有提高。
进一步地，在本发明的第十实施例中，本发明第十实施例提供了一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器10，包括筒体100和布置在筒体100下部外表面的单元组合式网状镂空板壳200，单元组合式网状镂空板壳200包括多个网状镂空板单元201，网状镂空板单元201的剖截面结构示意图如图25所示。
本发明第十实施例的核反应堆压力容器10，与本发明第一实施例中核反应堆压力容器10结构大体相同，为避免冗余，相同之处不再赘述，主要不同之一在于：本发明第十实施例的网状镂空板单元201在外侧面处设置有多孔涂层250，以进一步强化换热。
多孔涂层250的种类不受特别的限制，只要能增加沸腾换热汽化核心，同时提高沸腾换热表明的润湿性，强化换热即可。可选地，多孔涂层为选自烧结金属颗粒多孔涂层、烧结金属泡沫多孔涂层、钎焊、火焰喷涂或者腐蚀多孔层等的至少一种。由此，换热表面的沸腾换热汽化核心越多和润湿性越好，沸腾换热效果更好，临界热流密度更高。
多孔涂层250的平均厚度为10-100μm。由此，单元组合式网状镂空板壳和多孔涂层形成二元复合强化沸腾换热结构，更加有效的增加沸腾换热汽化核心，更有利于液体润湿沸腾换热表面，沸腾换热性能更佳和临界热流密度更大，从而可以很好地解决现有多孔涂层表面结构可靠性不足的问题。
本发明第十实施例与本发明第一实施例，本发明第十实施例换热性能占优，而本发明第一实施例更为简单可靠。
综上，根据本发明实施例的核反应堆压力容器至少具有下列优点之一：
(1)在大型核反应堆压力容器下部筒体的外表面设置单元组合式网状镂空板壳，可以显著增加沸腾换热面积并形成大量的汽化核心，有效降低壁面过热度和强化沸腾换热；
(2)在大型核反应堆压力容器筒体的外表面设置单元组合式网状镂空板壳还可利用毛细力吸入冷却水，不断润湿沸腾换热表面，显著提高润湿性，而且单元组合式网状镂空板壳利用沸腾换热过程中产生的蒸汽形成阵列喷射，大大延迟临界危机的出现，显著强化沸腾换热和提高沸腾临界热流密度，一般可以提高1-3倍甚至更高，从而可以显著提高核反应堆压力容器的安全可靠性。
(3)在大型核反应堆压力容器下部筒体的外表面设置单元组合式网状镂空板壳的压力容器，设置的单元组合式网状镂空板壳对核反应堆压力容器的强度没有影响，便于单元组合式网状镂空板壳的现场安装和维护维修，可靠性好，从而可以显著提高核反应堆压力容器的安全性和可靠性。
根据本发明实施例提出的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，通过在外表面设置的单元组合式网状镂空板壳，能够显著增加严重事故下的核反应堆压力容器外的沸腾换热面积并形成大量的汽化核心，有效降低压力容器的壁面过热度；同时，单元组合式网状镂空板壳利用毛细力吸入冷却水，不断润湿沸腾换热表面，显著提高润湿性，而且单元组合式网状镂空板壳还利用沸腾换热过程中产生的蒸汽形成阵列喷射，从而大大延迟沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热和提高CHF，进而显著提高压力容器的安全性和可靠性，简单易实现。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，包括：
筒体，所述筒体内设有容纳空间；
单元组合式网状镂空板壳，所述单元组合式网状镂空板壳设置在所述筒体下部的外表面上并连接为一体，并且所述单元组合式网状镂空板壳包括阵列密集布置在所述筒体的外表面上的多个网状镂空板单元，其中，所述网状镂空板单元包括多层带穿透空隙的板层，所述网状镂空板单元中的阵列实体相互连接成网状，以形成网状镂空的板壳结构。
2.根据权利要求1所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述网状镂空板单元的厚度为1-10mm。
3.根据权利要求1所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述网状镂空板单元为网状镂空板三角形单元、网状镂空板四边形单元、网状镂空板五边形单元、网状镂空板六边形单元中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述多层带穿透空隙的板层包括：
内层，所述内层的内表面与所述筒体下部的外表面相连接，所述内层包括阵列网状连接的内层实体和所述内层实体之间的内层空隙；
外层，所述外层包括阵列网状连接的外层实体和所述外层实体之间的外层空隙；其中，
所述内层空隙和所述外层空隙均为穿透性，所述内层空隙与所述外层空隙相连通。
5.根据权利要求4所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，其中，
所述内层通过平行阵列间隔布置多个所述内层实体和所述内层空隙；
所述外层通过平行阵列间隔布置多个所述外层实体和所述外层空隙；
所述内层的外侧面与所述外层的内侧面连接为一体。
6.根据权利要求5任一项所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述内层的带穿透空隙板层的空隙率至少为30％，所述外层的带穿透空隙板层的空隙率至少为40％。
7.根据权利要求4所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述多层带穿透空隙的板层还包括：
中间层，所述中间层的内侧面和所述内层的外侧面连接为一体，所述中间层的外侧面和所述外层的内侧面连接为一体，所述中间层包括阵列网状连接的中间层实体和所述中间层实体之间的中间层空隙；其中，
所述内层的内层空隙、所述中间层空隙和所述外层空隙连通且穿透所述网状镂空单元。
8.根据权利要求1所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述筒体包括：
下部散热半球壳体；
下部散热圆筒壳体；
上部壳体。
9.根据权利要求8所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，所述单元组合式网状镂空板壳设置在所述下部散热半球壳体和所述下部散热圆筒壳体的外表面上并连接为一体。
10.根据权利要求1所述的设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器，其特征在于，还包括：
多微条形凹槽表面结构，所述多微条形凹槽表面结构上设置有多个微条形凹槽，所述多微条形凹槽表面结构设置在所述多个网状镂空板单元和所述筒体连接的连接面处；或者
多微凹坑表面结构，所述多微凹坑表面结构上设置有多个微凹坑，所述多微凹坑表面结构设置在所述多个网状镂空板单元和所述筒体连接的连接面处；或者
多微凸凹起表面结构，所述多微凸凹起表面结构上设置有多个微凸凹起，所述多微凸凹起表面结构设置在所述多个网状镂空板单元的外侧面处；或者
多孔涂层，所述多孔涂层设置在所述网状镂空板单元的外侧面处。
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